Стоимость хранения энергии для энергосистемы со 100% долей солнечной и ветровой энергетики

Ученые Массачусетского технологического института (MIT) опубликовали в научном журнале Joule работу под названием «Требования к системам накопления энергии и затраты на развитие возобновляемой энергии для декарбонизации энергосистемы» (Storage requirements and costs of shaping renewable energy toward grid decarbonization).

Авторы составили и рассчитали модель энергосистем, в которых 100% электроэнергии вырабатывают солнечная и ветровая энергетика, для четырех штатов США — Аризоны, Айовы, Массачусетса и Техаса. Их задачей было выяснить, каковой должна быть стоимость систем накопления энергии (СНЭ), чтобы такая система в целом выполняла все требования по надежности энергоснабжения и была конкурентоспособной по стоимости. Временной горизонт исследования – 20 лет. Такой срок позволяет учесть всевозможные сценарии развития спроса и профилей выработки ветровой и солнечной генерации.

Авторы пришли к выводу, что стоимость технологий хранения энергии для выполнения указанных условий не должна превышать 20 долларов США за киловатт-час емкости СНЭ. Это соответствует почти 90% снижению нынешних затрат на материалы и производство накопителей.

Требование такой низкой стоимости накопителей в условиях модели объясняется тем, что редкие, но иногда существенные по объемам дефициты выработки солнечных и ветровых электростанций должны покрываться соответствующими мощностями хранилищ энергии. Попросту говоря, должно быть много всего (и накопителей и солнечных и ветровых электростанций), а значит, для достижения конкурентоспособности системы в целом, СНЭ должны быть столь дешевыми.

Однако если 5% потребления электроэнергии покрывается с помощью других технологий, ситуация меняется кардинальным образом. Здесь уже накопители энергии стоимостью примерно 150 долларов США позволяют в полной мере выполнить условие конкурентоспособности. Такая стоимость выглядит вполне достижимой.

Этот момент очень важен, поскольку система со 100% долей ветровой и солнечной энергетики – это искусственный, модельный вариант, который в крупных экономиках вряд ли когда-нибудь будет реализован. А вот система с большой долей солнца и ветра – это вполне реальный сценарий будущего развития, и авторы показывают, что такая система может функционировать экономически эффективно при достаточно высокой стоимости систем хранения энергии.

Авторы не ставили перед собой задачу подробно описать, как конкретно будут обеспечиваться оставшиеся 5%. Речь может идти о «дополнительной генерации» или управлении спросом. Исследователи также приходят к очевидному выводу, что расширение сети для межрегиональных перетоков поможет смягчить колебания выработки возобновляемой энергии.

В ходе исследования также была предпринята попытка определить наиболее подходящие технологии хранения энергии, которые могли бы соответствовать высчитанному стоимостному критерию (20 долларов США за киловатт-час). Авторы не приходят к однозначному заключению. Отмечается, что ГАЭС и системы на сжатом воздухе (CAES) имеют низкую стоимость емкости, но возможности их внедрения ограничены географией, а плотность энергии значительно ниже, чем в электрохимических системах. Электрохимические накопители, с другой стороны, имеют гораздо более высокую стоимость емкости, которая усугубляется деградацией с течением времени и необходимостью замены устройств. Потенциал снижения стоимости СНЭ высок, однако остается неясным, достижима ли в будущем заданная стоимостная цель.